مدلسازي ديناميك مجموعه ي الكترود - غشاي پيل سوختي با غشاي هيدروكربني

كارشناسي ارشد

امروزه پيل سوختي به عنوان منبعي پاك براي تامين انرژي شناخته مي‌شود. به منظور كاهش هزينه‌ي ساخت و افزايش عمر عملياتي پيل سوختي، پژوهش‌هاي آزمايشگاهي فراواني در حال انجام است. ليكن تمام جزئيات فرآيند انجام شده در پيل سوختي را نمي‌توان به خوبي در آزمايشگاه مشاهده و اندازه‌گيري كرد. به منظور بررسي دقيقتر نياز به وجود مدلي احساس مي‌شود كه بتواند فرآيند انجام شده در پيل سوختي را با جزئيات و دقت خوبي نشان دهد. در اين پژوهش مجموعه‌ي الكترود-غشاي پيل سوختي كه در آن از غشاي پلي‌اتراتركتون سولفونه شده استفاده شده، مدل شده است. پلي‌اتراتركتون با وجود مزاياي نسبي نسبت به غشاي گران تجاري نفيان پايداري كمتري را از لحاظ مكانيكي و شيميايي از خود نشان مي‌دهد. به همين منظور مطالعات تجربي بسياري در خصوص افزايش پايداري مكانيكي و شيميايي اين غشا انجام شده است. ليكن در اين زمينه مدلي گزارش نشده است. در اين پژوهش مجموعه‌ي الكترود-غشاي پيل سوختي كه در آن از غشاي پلي‌اتراتركتون سولفونه شده استفاده شده، مدل شده است. اين مدلسازي در يك بعد و به صورت پويا و با در نظر گرفتن حضور و اثر متقابل پديده‌هاي انتقال بار، انتقال جرم، انتقال حرارت، انتقال مومنتوم روي يكديگر انجام شده است. همچنين اين واقعيت كه واكنش‌هاي الكتروشيميايي و شيميايي پس از حل شدن مواد در فاز الكتروليت انجام مي‌شود، لحاظ شده است. ويژگي هاي مربوط به اين غشا از منابع استخراج شد و از آنجايي كه در رابطه با برخي خصيصه‌هاي غشاي پلي‌اتراتركتون سولفونه شده رابطه‌هاي كافي در دسترس نبود، در طول پژوهش، معادلاتي به منظور استفاده در مدلسازي به دست آمد. از جمله اين معادلات، مي‌توان به معادله‌ي بين ميزان رطوبت محيط و ميزان جذب آب توسط غشا، و همچنين معادله‌ي بين ميزان جذب آب و هدايت پروتون در غشا اشاره كرد. خطاي معادلات به دست آمده با مقادير تجربي به ترتيب 13 و 15% در دماي 100درجه‌ي سانتي‌گراد محاسبه شد. در نهايت مدل ساخته شده با مقادير تجربي مقايسه شد. نمودار پلاريزاسيون گرفته شده از مدل كه به عنوان مشخصه‌ي اصلي عملكرد پيل سوختي شناخته مي‌شود، با داده‌هاي تجربي غشاي نفيان 11% و با داده هاي تجربي غشاي SPEEK 19 % اختلاف داشت. با توجه به تفاوت ساختاري غشاي SPEEK با غشاي نفيان و اهميت حضور و عدم حضور آب در سيستم، مدلسازي در سه بخش گاز ورودي خشك، گاز مرطوب و حضور آب مايع در غشا مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به عدم حضور كانال‌هاي آب در غشاي SPEEK در حالت ورود گاز خشك، حداقل رطوبت مورد نياز براي كاركرد مناسب اين غشا 50% به دست آمد. به منظور نشان دادن فرآيند تخريب در غشا و همچنين اثر آن روي عملكرد پيل سوختي، مفهوم كاهش وزن مولكولي ميانگين و افزايش كسرحجم آزاد پليمر در طول فرآيند تخريب مورد استفاده قرار گرفت. اين امر سبب افزايش ميزان ميان عبوري گازهاي شركت كننده در واكنش تخريب مي‌شود.

189540

دانشگاه علم و صنعت ايران

فرآيندهاي جداسازي

دكتر سوسن روشن ضمير